Samenvatting

In dit onderzoek is een verticale infiltratiebuis tot in het diepere eerste watervoerende pakket in de verzadigde zone in spanningswater onderzocht met behulp van theoretische en praktische methoden. Het doel was om te achterhalen welk theoretisch grondwatermodel voor het ontwerp van verticale infiltratie het meest is aan te bevelen op het gebied van benodigde tijd en middelen, complexiteit en overeenkomsten met de praktijk.

De onderzochte infiltratiebuis heeft als doel het verticaal afvoeren van regenwater uit de zandige ophooglaag onder een parkeerterrein in Kanaleneiland-Zuid. De infiltratiebuis is geplaatst omdat enkele meters onder maaiveld een waterscheidende laag is gelegen die natuurlijke bodeminfiltratie belemmert. Kanaleneiland-Zuid is niet het enige gebied in Utrecht waar verticale infiltratie is ingezet voor het afvoeren van overtollig water naar de bodem. Er zijn in Utrecht circa 400 infiltratieputten die variëren in diepte en diameter. Ongeveer de helft van de bestaande infiltratieputten reikt tot in het diepe eerste watervoerend pakket. De komende jaren zal vanwege de grote woonopgave in Utrecht meer worden gebouwd en verdicht. In het ontwerp van de nieuwe woongebieden schenkt de gemeente aandacht aan hemelwaterafvoer vanwege de ambitie om een duurzame en toekomstbestendige stad te realiseren. De gemeente Utrecht wilt het materiaal voor regenwaterafvoer effectiever en duurzamer inzetten. Voor verticale infiltratie geldt dat de gemeente behoefte heeft aan meer kennis over de wisselwerking tussen theorie en praktijk.

Enkele dagen na het plaatsen van de infiltratiebuis in de Alexander de Grotelaan is het functioneren proefondervindelijk onderzocht door middel van twee ‘constant-flowproeven’. De proeven zijn uitgevoerd in twee varianten: de pompproef en de infiltratieproef. De proeven zijn gecombineerd met een opstelling van vier meetpeilbuizen tot een afstand van 20 meter van de put. Naast de veldproeven zijn rekenmodellen gemaakt, die zich onderscheiden door de mate waarin zij rekening houden met de werkelijke situatie en omgevingsfactoren. Voor het simuleren van de grondwaterstroming is gebruik gemaakt van twee computerprogramma’s en een verscheidenheid aan wiskundige vergelijkingen uit de literatuur.

Uit dit onderzoek blijkt dat de infiltratieput in Kanaleneiland-Zuid water afvoert naar het diepere zandpakket met een infiltratiecapaciteit van 12,5 m3/uur. De bevindingen uit dit onderzoek geven aan dat het ontwerpen van verticale infiltratie veel specifieke kennis vereist over grondwaterstroming. Dit komt doordat in alle methoden inschattingen moeten worden gemaakt van diverse bodemparameters. Ook moet de ontwerper weten welke omgevingsfactoren gelden en hoe die het functioneren van diepinfiltratie beïnvloeden. De resultaten uit de veldproeven laten zien dat het hanteren van algemeen erkende schattingsmethoden voor de geohydrologische parameters leiden tot goede overeenkomsten met de praktijk.

De meeste onderzochte theoretische rekenmethoden leiden tot resultaten die goed overeenkomen met de veldmetingen. Belangrijke kanttekeningen zijn:
• Alle rekenmodellen zijn onafhankelijk van tijd. Rekenen met tijdsafhankelijke methoden heeft weinig effect op het resultaat;
• Het rekenen met wiskundige vergelijkingen die uitgaan van infiltratieputten in het gehele watervoerend pakket (volkomen filters) leidt tot grote overschattingen van de infiltratiecapaciteit;
• De dikte van het watervoerend pakket heeft in wiskundige vergelijkingen veel invloed op het resultaat. In de gehanteerde computermodellen is de totale pakketdikte minder van belang;
• De doorlatendheid in horizontale en verticale richting is de parameter waar de ontwerper de meeste aandacht aan moet besteden.

Uit dit onderzoek volgt het advies om de infiltratiecapaciteit van een zelfstandige infiltratieput uit te rekenen met de wiskundige vergelijking van Dupuit. Dit is een tijdsonafhankelijke berekening. Om te corrigeren voor een infiltratieput die in een gedeelte van het diepere zandpakket is gelegen wordt de Huisman correctiemethode aanbevolen. Belangrijke opmerking is dat in dit onderzoek een van de parameters in de Huisman correctiemethode is aangepast. Deze aanpassing is cruciaal om te komen tot een goed resultaat.

Voor het berekenen van de infiltratiecapaciteit van meerdere infiltratieputten in een gebied verdient het computerprogramma MicroFEM de voorkeur boven het programma MWell. In MicroFEM zijn omgevingsfactoren en heterogeniteit in de bodem nauwkeuriger mee te nemen. De resultaten uit MicroFEM laten zien dat de verticale doorlatendheid van groot belang is wanneer men de spreiding van geïnfiltreerd regenwater wilt onderzoeken, bijvoorbeeld voor milieukundige doeleinden.

Aanbevelingen voor vervolgonderzoek zijn:
1. Het functioneren van het gehele ontwateringssysteem in de Alexander de Grotelaan onderzoeken (verticale infiltratie is een component binnen een groter systeem);
2. De daling van de infiltratiecapaciteit van verticale infiltratieputten kwantificeren en koppelen aan omgevingsfactoren om risico-gestuurd ontwerp en beheer mogelijk te maken;
3. Kosten-en batenanalyse uitvoeren voor ingrepen die bedoeld zijn om de infiltratiecapaciteit van diepinfiltratie in stand te houden;
4. De effecten van diepinfiltratie op het functioneren van warmte- en koudeopslagsystemen kwantificeren.